專利名稱：數(shù)值控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制機械的數(shù)值控制裝置，尤其涉及具有監(jiān)視來自對機械的各部的 狀態(tài)進行監(jiān)視的多個傳感器的信號的單元，，根據(jù)從這些傳感器得到的檢測信息和數(shù)值 控制裝置的內部信息，能夠進行機械的各部或數(shù)值控制裝置的狀態(tài)的異常判定的數(shù)值控 制裝置。
背景技術：
在機床的主軸或機器人的機械臂等中，有時由于程序錯誤或操作者的誤操作 等，主軸等與其他物體產生預想外的碰撞。當產生這樣的碰撞時，在主軸或機械人機械 臂的自身結構中產生故障，此外，在用于驅動它們的電動機中產生故障。因為該故障對 加工精度、動作精度等造成影響，所以在發(fā)生碰撞時希望使機床機器人的動作停止來進 行檢查。為了確定碰撞的原因，例如在特開2008-176559號公報中公開了在振動傳感器 的檢測信號變大時，一同記錄數(shù)值控制裝置內部的速度和位置的信息的技術。此外，目前，在濕度升高的夏季或梅雨時期，當在氣溫降低的早晨接通機械的 電源時發(fā)生警報等情況下，根據(jù)經(jīng)驗判斷是否產生了結露導致的異常。但是，在所述特開2008-176559號公報中公開的技術，是在機械中設置多個振 動傳感器， 在來自這些振動傳感器的檢測信號的差分大于預定的閾值時，判定為發(fā)生了 碰撞的技術，不是結合從多個傳感器得到的檢測信息以及數(shù)值控制裝置的內部信息來進 行機械系統(tǒng)的異常判定的技術。即，即使能夠檢測機械中的碰撞的事實，也無法確定警 報的發(fā)生原因。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)值控制裝置，其使用數(shù)值控制裝置的內部 信息和從多個傳感器得到的檢測信息，能夠更可靠地判定機械的異常，具備根據(jù)從多個 傳感器得到的檢測信息進行機械的異常判定的功能。為了達成上述目的，本發(fā)明的數(shù)值控制裝置具備設置在所述機械的各部，監(jiān) 視該機械的各部的狀態(tài)的多個傳感器；以及使用從所述多個傳感器中的至少一個傳感器 得到的檢測信息以及所述數(shù)值控制裝置的內部信息，判定在所述機械中是否存在異常的 異常判定部，由此，根據(jù)多個傳感器的信號進行機械的異常判定。所述多個傳感器是振動傳感器、溫度傳感器、以及濕度傳感器，此外，所述數(shù) 值控制裝置的內部信息可以是主軸以及進給軸的負荷信息、電動機驅動裝置的警報信息 以及數(shù)值控制裝置的警報信息中的至少一個。所述傳感器是溫度傳感器以及濕度傳感器或絕對濕度傳感器，將這些溫度傳感 器和濕度傳感器相互接近地設置在機械的各部，或者將所述絕對濕度傳感器設置在機械 的各部，所述數(shù)值控制裝置的內部信息是電動機驅動裝置的警報信息或數(shù)值控制裝置的警報信息，并且，所述異常判定部具有結露產生推定單元，其使用從所述溫度傳感器得到的檢測溫度信息、從所述濕度傳感器得到的檢測濕度信息、以及溫度與飽和水蒸氣量 的關系式，或者使用從所述絕對濕度傳感器得到的絕對濕度信息，求出所述機械的電源 切斷時和電源接通時的空氣中的每單位體積的水蒸氣量的差來作為差分水蒸氣量，并且 根據(jù)該求出的差分水蒸氣量推定所述機械的電源接通時有無產生結露，在產生所述電動 機驅動裝置的警報信息或所述數(shù)值控制裝置的警報信息時，由所述結露發(fā)生推定單元推 定出發(fā)生結露的情況下，判定為在所述機械的配置了所述溫度傳感器以及所述濕度傳感 器或者絕對濕度傳感器的部位存在異常，并將結露作為警報信息產生原因的候補。所述多個傳感器是多個振動傳感器，所述數(shù)值控制裝置的內部信息是電動機驅 動裝置的警報信息或數(shù)值控制裝置的警報信息，并且，所述異常判定部可以具有以下單 元，該單元在產生了所述電動機驅動裝置的警報信息或所述數(shù)值控制裝置的警報信息 時，根據(jù)從所述多個振動傳感器得到的檢測振動信息和所述警報信息，判定在產生所述 警報信息時是否為容易發(fā)生由于振動導致的電信號連接電纜接觸不良的狀況。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種具備根據(jù)從多個傳感器得到的檢測信息進行機械的 異常判定的功能的數(shù)值控制裝置，其使用數(shù)值控制裝置的內部信息和從多個傳感器得到 的檢測信息，將從多個傳感器得到的檢測信息與數(shù)值控制裝置的內部信息對應起來，由 此可以更加可靠地判定機械的異常。


通過參照

以下的實施例，本發(fā)明上述以及其他的目的以及特征將會變 得明確。在這些附圖中圖1說明根據(jù)來自設置在機械的各部的多個傳感器的檢測信號，進行機械的異 常判定的、本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個實施方式。圖2說明數(shù)值控制裝置內部信息為主軸或進給軸的負荷信息、電動機驅動裝置 的警報信息、或數(shù)值控制裝置的警報信息中的某一個的情況。圖3說明可以推定產生結露的本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個實施方式。圖4說明氣溫和飽和水蒸氣量的關系。圖5說明根據(jù)從振動傳感器得到的檢測振動值和數(shù)值控制裝置的內部信息，判 定是否為容易產生由振動導致的電信號連接電纜的接觸不良的狀況的、本發(fā)明的數(shù)值控 制裝置的一個實施方式。
具體實施例方式圖1說明根據(jù)來自設置在機械的各部的多個傳感器的檢測信號，進行機械的異 常判定的、本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個實施方式。在機械30的立柱31或工作臺32等多個部位配置多個傳感器33(1)、33(2)、 33(3)、34(4)......。這些傳感器是測定振動、溫度、濕度等物理量的傳感器。可以使測
定所述物理量的多個種類的傳感器成組地配置在機械30的一個一個部位上?；蛘?，還可 以在機械的各個部位中的每個部位配置測定不同物理量的傳感器。來自配置在機械30各部的測定各種物理量的多個傳感器的信號，即來自振動傳感器的信號、來自溫度傳感器的信號、以及來自濕度傳感器的信號，輸入給傳感器信號 中繼裝置20的傳感器信號接收電路24。因為來自各傳感器的檢測信號為模擬信號，所以 通過AD轉換電路23從模擬信號轉換為數(shù)字信號。被轉換為數(shù)字信號的傳感器檢測信號 經(jīng)由峰值保持電路22以及通信電路21輸入給數(shù)值控制裝置10。因為來自振動傳感器的 信號變動劇烈，所以峰值保持電路22用于保持從振動傳感器得到的振動的峰值。數(shù)值控制裝置10具備微處理器14。該微處理器14進行以下的處理取得經(jīng)由 通信電路11取得的多個傳感器信息(振動信息、溫度信息、濕度信息)12和數(shù)值控制裝 置內部信息15a，根據(jù)這些多個傳感器信息12以及數(shù)值控制裝置內部信息15a進行異常判 定處理、異常通知處理，此外，在數(shù)值控制裝置10具備的顯示裝置上顯示異常狀態(tài)，或 者在數(shù)值控制裝置10的存儲器中存儲用于停止機械30的梯形圖輸出或異常狀態(tài)的判斷結 果。在此，數(shù)值控制裝置內部信息15a包含主軸或進給軸的速度信息、主軸或進給軸的 位置信息、時刻信息、或執(zhí)行程序信息。圖2說明數(shù)值控制裝置內部信息15b為主軸或進給軸的負荷信息、電動機驅動裝 置的警報信息、或數(shù)值控制裝置的警報信息中的某一個的情況。配置在機械30各部的多個傳感器為振動傳感器、溫度傳感器、以及濕度傳感 器。把通過各個傳感器檢測到的物理量的檢測信號輸入傳感器信號中繼裝置20，在進行 了與參照圖1說明的處理相同的信號處理后，被數(shù)值控制裝置10取得。數(shù)值控制裝置10 (微處理器14)在從傳感器信號中繼裝置20取得的檢測信息 中，使用來自振動傳感器的振動信息以及來自溫度傳感器的溫度信息，另一方面，作為 數(shù)值控制裝置內部信息15b使用主軸的負荷信息以及進給軸的負荷信息。當通過安裝在主軸上的刀具切削工件(未圖示)時，可以通過振動傳感器或溫度 傳感器檢測產生切削異常，在機械30中產生振動或產生發(fā)熱。由振動傳感器或溫度傳感 器檢測到的檢測信號經(jīng)由傳感器信號中繼裝置20被數(shù)值控制裝置10取得。數(shù)值控制裝置10的微處理器14，經(jīng)由通信電路11取得振動信息和溫度信息， 另一方面，還取得作為數(shù)值控制裝置內部信息15b的主軸的負荷信息和進給軸的負荷信 息，通知主軸的切削負荷異常檢測結果。其通知對象例如是附屬于數(shù)值控制裝置10的顯 示裝置(未圖示)，在該顯示裝置中進行切削負荷異常的顯示。但是，在數(shù)值控制裝置10或由數(shù)值控制裝置10控制的機械30中，有可能產生 由于結露引起的各種異常。例如，驅動控制機械30的主軸或進給軸的電動機控制裝置一 般具備檢測其各部的電壓或電流的模擬電路。當在該電動機控制裝置具備的模擬電路用印刷基板上產生了結露時，由于結 露，印刷基板表面的絕緣電阻大幅降低。于是，印刷基板表面的漏電流大幅增大，使模 擬電路的信號電平不正常，成為進行警報的誤檢測等異常產生的原因。 特別是，電動機控制裝置多數(shù)在溫差大、容易結露的環(huán)境下使用，例如在白天 的機械運轉中，由于對電動機供給驅動電力的電源電路部的發(fā)熱，環(huán)境溫度變高，另一 方面，在夜間電源關閉時，電動機控制裝置的環(huán)境溫度降低，在黎明時，降低至設置電 動機控制裝置的工廠內的氣溫附近等環(huán)境下使用。此外，在為機床時，在加工區(qū)域內使 用的冷卻液或切削液成為霧狀，漂浮在機械加工區(qū)域外，由此，漂浮的冷卻液或切削液 也成為結露的原因。
圖3說明可以推定產生結露的本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個實施方式。使用從設置在機械30各部的溫度傳感器和濕度傳感器(相對濕度傳感器)這一 對傳感器得到的溫度檢測信息和濕度檢測信息，首先計算高溫時的成對傳感器周邊的每 單位體積的水蒸氣量。然后，根據(jù)溫度和飽和水蒸氣量的關系，推定在溫度降低時此時 的溫度下的結露量。如此，可以定量地判定機械各部產生結露的可能性，可以對結露實 施恰當?shù)膶Σ?。機械30具備主軸電動機、檢測主軸的旋轉速度的速度傳感器、用于使主軸電動 機旋轉的電源部(變換器)或主軸電動機用放大器、放置工件的工作臺、用于測定工作臺 的移動量的標尺、用于使工作臺移動的伺服放大器和電源部(變換器)、檢測用于使工作 臺移動的伺服放大器的旋轉位置的旋轉編碼器等。如圖3所示，溫度傳感器和濕度傳感器成對地安裝在機械30的各部位。在圖 3中，在速度傳感器的前置放大器、電源部(變換器)、主軸電動機用放大器、梯形圖電 路、信號接收單元、線性標尺的前置放大器、工作臺驅動用伺服放大器的電源部(變換 器)、伺服放大器、檢測使工作臺移動的伺服電動機的旋轉位置的旋轉編碼器以及制動器 的各部，安裝了溫度傳感器和濕度傳感器的配對。還可以使用使溫度 傳感器和濕度傳感 器成為一體結構的傳感器。來自安裝在機械30各部的溫度傳感器和濕度傳感器這一對傳感器的輸出信號， 經(jīng)由傳感器信號中繼裝置20由數(shù)值控制裝置10取得。數(shù)值控制裝置10的微處理器14 根據(jù)所取得的溫度信息以及濕度信息、數(shù)值控制裝置內部信息15c中的數(shù)值控制裝置的警 報信息或電動機驅動裝置的警報信息，計算安裝有溫度傳感器和濕度傳感器的配對的附 近的結露量。然后，根據(jù)如此計算出的結露量，在附屬于數(shù)值控制裝置的顯示裝置中顯 示是否為容易結露的狀況。例如，當產生了與主軸的速度傳感器信號異常有關的警報時，在根據(jù)溫度傳感 器和濕度傳感器的檢測信息，對速度傳感器信號進行放大的前置放大器附近產生結露的 可能性大時，可以判斷為由結露導致的可能性高，在數(shù)值控制裝置10的畫面顯示等中通 知該主旨。同樣地，在進給軸的伺服關系中，在另設的標尺信號的前置放大器、信號接收 單元、伺服電動機用放大器(逆變器)、伺服放大器用電源(變換器)、以及電動機的編 碼器各自的附近，分配配置溫度傳感器和濕度傳感器的配對，無論在哪個軸的哪個設備 中產生了結露時，都可以對其進行確定。此外，如圖3所示，還在梯形圖電路和制動器中配置溫度傳感器和濕度傳感器 的配對，可以應對以下的情況由于結露，在梯形圖電路動作中發(fā)生了異常的制動器成 為異常狀態(tài)，結果進給軸的動作成為異常，產生伺服關系的警報。然后，使用圖4說明氣溫和飽和水蒸氣量的關系?？諝饪梢园乃魵獾牧?存在界限。把包含水蒸氣到該界限的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。將此時的水蒸氣量稱為飽和水 蒸氣量，通過在1立方米的空氣中包含多少克水蒸氣來表示。如圖4所示，空氣的溫度(氣溫)越高飽和水蒸氣量越大。因此，在氣溫高的 期間，全部的水蒸氣能夠保持不變地存在。但是，當氣溫降低，該空氣包含的水蒸氣達 到飽和時，水蒸氣開始凝結，作為水滴附著在物體的表面上。將開始出現(xiàn)水滴的氣溫稱為露點?？梢酝ㄟ^以 下的式(1)計算濕度。
,曰譯 在該空氣中的水蒸氣量 1ΛΛΜ Λ
在該氣溫下的飽和水蒸氣量Xl(K)⑴對上式(1)進行變形，得到以下的式(2)。在該空氣中的水蒸氣量=在該氣溫下的飽和水蒸氣量X濕度(％ ) +100(2)在圖4中，溫度TH意味著高溫時(切斷機械電源時)。根據(jù)來自溫度傳感器的 溫度信息、來自濕度傳感器的濕度信息、以及溫度和飽和水蒸氣量的關系，通過上述的 式(2)，計算在該高溫時(溫度TH)的每單位體積的水蒸氣量。一天的作業(yè)結束，停止機械30等機床，例如，根據(jù)第二天早晨接通機械電源時 的溫度信息和濕度信息以及飽和水蒸氣量，通過上述的式(2)計算低溫(溫度TL)時的每 單位體積的水蒸氣量。推定高溫(溫度TH)時和低溫(溫度TL)時的水蒸氣量的差(差 分水蒸氣量)進行結露。還考慮在夜間，氣溫與第二天早晨機械重新運轉時的低溫(溫 度TL)相比，成為更低的溫度。此時，也可以根據(jù)低溫(溫度TL)時的溫度信息和濕度 信息以及飽和水蒸氣量的關系，推定結露的量。—般，在濕度傳感器中具有輸出以百分比表示相對于飽和水蒸氣量的空氣中 的水蒸氣量的相對濕度(％)的信息的相對濕度傳感器、以及輸出以克來表示1立方米的 空氣中包含的水蒸氣量的絕對濕度(g/m3)的信息的絕對濕度傳感器這兩個類型。在使用 絕對濕度傳感器時，在切斷機械的電源時求出絕對濕度(g/m3)，此外，在接通機械的電 源時求出絕對濕度(g/m3)，可以根據(jù)這兩個絕對濕度的差得到差分水蒸氣量，可以推定 結露量。使用相對濕度傳感器或絕對濕度傳感器推定結露量，還可以假想該推定的水蒸 氣量全部結露，但實際的結露量相對于計算出的差分水蒸氣量的比例根據(jù)安裝所述相對 濕度傳感器或所述絕對濕度傳感器的機械的部位或設置機械的工廠的環(huán)境條件而不同， 所以可以預先求出換算系數(shù)，使用該換算系數(shù)更加準確地推定結露量。因為可以推定在機械30的各部結露的水的量，所以能夠掌握在各種工廠的環(huán)境 中設置的機械30的環(huán)境條件，可以確定需要預防結露的發(fā)生的地方?？梢栽诮Y露量多的 機械30的部位預先采取附加了防水單元等的對策。圖5說明根據(jù)從振動傳感器得到的檢測振動值和數(shù)值控制裝置的內部信息，判 定是否為容易產生由振動導致的電信號連接電纜的接觸不良的狀況的、本發(fā)明的數(shù)值控 制裝置的一個實施方式。在數(shù)值控制裝置10以及由該數(shù)值控制裝置10控制的機械30中，考慮產生由于 振動導致的各種異常的可能性。例如，接收電動機驅動裝置的電動機的旋轉位置信號 的接收電路，在受到超過允許等級的振動時，接收電路的連接器的連接產生松弛接觸不 良，無法接收正確的電動機的旋轉位置數(shù)據(jù)，產生電動機驅動裝置的警報。在檢測振動信息的本發(fā)明的數(shù)值控制裝置中，通過設置在機械各部的多個振動 傳感器進行檢測，能夠準確地掌握接收電路受到的振動的大小。在接收電路受到的振動 的大小超過該接收電路可以承受的允許范圍，并且，發(fā)生了由于無法正確接收電動機的旋轉位置數(shù)據(jù)而導致的電動機驅動裝置的警報時，可以判定為在該接收電路中發(fā)生了連 接器連接的松弛等由于振動引起的異常。此外，在數(shù)值控制裝置10中，有時作為控制信號而使用由具有機械式的機械觸 點的繼電器控制的信號，但在繼電器受到超過允許等級的振動時，繼電器觸點的接觸瞬 間離開，產生接觸不良，在控制信號中產生中斷，發(fā)生數(shù)值控制裝置10的警報。此時， 也可以根據(jù)來自設置在機械各部的多個振動傳感器的信息，判定該繼電器受到大大超過 允許等級的振動，發(fā)生了異常。如此，若預先在有可能產生因振動引起的異常的部位配置多個用于判定的振動 傳感器，在數(shù)值控制裝置10中預先對每個振動傳感器設定了在所配置的位置的允許振動 等級，則可以確定由于振動引起的異常。關于因振動引起的機械的異常，根據(jù)受到振動的信號或機械的部位，產生的警 報也各種各樣，目前，難以確定警報的產生原因。根據(jù)本實施方式，能夠定量地判斷機 械的哪個部位受到何種等級的振動來判定異常，所以警報發(fā)生原因的確定變得容易，有 助于提高機械的運轉時間。如圖5所示，在機械30內部、以及認為有可能由于機械強電板內發(fā)生振動而 容易產生誤動作的設備附近配置振動傳感器，所述設備主要是具備信號線的連接器連接 部、和包含切換電路的電路的設備，所述切換電路通過繼電器等機械式觸點來切換。

在圖5中，作為與主軸關聯(lián)的部位，在速度傳感器信號的前置放大器、主軸電 動機用放大器(逆變器)、主軸放大器電源部(變換器)附近，分別配置了振動傳感器， 其原因在于在這些設備之間具有通過用于連接信號的連接器進行的連接。作為與進給軸相關的部位，在標尺信號的前置放大器、信號接收單元、伺服電 動機用放大器(逆變器)、伺服放大器用電源部(變換器)以及電動機的編碼器附近分別 配置振動傳感器，其原因在于在這些設備之間存在信號線的連接器連接。所以無論在哪 個設備中發(fā)生了振動，都可以確定振動的發(fā)生。例如，在發(fā)生了與標尺信號的異常有關的警報時，根據(jù)來自振動傳感器的信 號，在標尺信號的接收單元附近的振動超過允許值時，判斷為由于振動產生接觸不良的 可能性高，可以在數(shù)值控制裝置10內的畫面顯示等中通知該主旨。此外，在圖5中，通過還在梯形圖電路或制動器中配置振動傳感器，在由于振 動在梯形圖電路的制動器控制信號的連接中產生接觸不良，制動器成為異常狀態(tài)，結 果，進給軸的動作成為異常，產生伺服關系的警報時，也可以應對。
權利要求
1.一種控制機械的數(shù)值控制裝置，其特征在于，具備設置在所述機械的各部，監(jiān)視該機械的各部的狀態(tài)的多個傳感器；以及 使用從所述多個傳感器中的至少一個傳感器得到的檢測信息以及所述數(shù)值控制裝置 的內部信息，判定在所述機械中是否存在異常的異常判定部， 由此，根據(jù)多個傳感器的信號進行機械的異常判定。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制機械的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 所述多個傳感器是振動傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器，所述數(shù)值控制裝置的內部信息是主軸以及進給軸的負荷信息、電動機驅動裝置的警 報信息以及數(shù)值控制裝置的警報信息中的至少一個。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制機械的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 所述傳感器是溫度傳感器以及濕度傳感器或絕對濕度傳感器，將這些溫度傳感器和濕度傳感器相互接近地設置在機械的各部，或者將所述絕對濕 度傳感器設置在機械的各部，所述數(shù)值控制裝置的內部信息是電動機驅動裝置的警報信息或數(shù)值控制裝置的警報 fn息，并且，所述異常判定部具有結露發(fā)生推定單元，其使用從所述溫度傳感器得到的檢 測溫度信息、從所述濕度傳感器得到的檢測濕度信息、以及溫度與飽和水蒸氣量的關系 式，或者使用從所述絕對濕度傳感器得到的絕對濕度信息，求出所述機械的電源切斷時 和電源接通時的空氣中的每單位體積的水蒸氣量的差，作為差分水蒸氣量，并且根據(jù)該 求出的差分水蒸氣量推定所述機械的電源接通時有無發(fā)生結露，在產生所述電動機驅動裝置的警報信息或所述數(shù)值控制裝置的警報信息時，由所述 結露發(fā)生推定單元推定出發(fā)生結露的情況下，判定為在所述機械的配置了所述溫度傳感 器以及所述濕度傳感器或者絕對濕度傳感器的部位存在異常，并將結露作為警報信息產 生原因的候補。
4.根據(jù)權利要求1所述的控制機械的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 所述多個傳感器是多個振動傳感器，所述數(shù)值控制裝置的內部信息是電動機驅動裝置的警報信息或數(shù)值控制裝置的警報 fn息，并且，所述異常判定部具有以下單元，該單元在產生了所述電動機驅動裝置的警報 信息或所述數(shù)值控制裝置的警報信息時，根據(jù)從所述多個振動傳感器得到的檢測振動信 息和所述警報信息，判定在產生所述警報信息時是否為容易發(fā)生由于振動導致的電信號 連接電纜接觸不良的狀況。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)值控制裝置。把來自配置在機械各部位的多個傳感器(振動傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器)的信號經(jīng)由通信電路輸入給控制該機械的數(shù)值控制裝置。該數(shù)值控制裝置使用這些多個傳感器信息(振動信息、溫度信息、濕度信息)以及該數(shù)值控制裝置的內部信息，判定在該機械中是否存在異常。
文檔編號G05B19/18GK102023608SQ20101027997
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月11日
發(fā)明者佐藤博裕, 堀越真一, 巖下平輔, 平井朗, 松原俊介 申請人:發(fā)那科株式會社